太阳能光伏电池及其应用总复习题

1、复习大纲1 .铝背场的作用：减少少数裁流子在背面复合的概率；作为背面的金属电极；提高电池的开路电压；提高太阳电池的收集效率；降低电池的反向饱和暗电流和背表面复合速率；制作良好的欧姆接触。2 .简述晶体硅的制备工艺过程答：晶体硅太阳电池的制备工艺：p型硅片-清洗制绒-扩散制结（p-n结）-去周边层-去PSG （磷硅玻璃）-镀减反射膜-印刷电极-高温烧结-检测-分选-入库包装。3 .太阳能的利用形式：光化学转化、太阳能光热转化和太阳能光电转化。4 .太阳能电池理论效率最高为75%。5 .太阳常数：是指大气层外垂直于太阳光线的平面上，单位时间、单位面积内所接受的太阳 能辐射。也就是说，在日地平均距离

2、的条件下，在地球大气上界，垂直于光线1cm?的面积 上，在1分内所接受的太阳能辐射能量；为（1 3 6 7 ± 7 ） W/nT。6 .太阳能能量转换方式主要分为光化学转化、太阳能光热转化和太阳能光电转化三种方式。7 . P-N结的形成原理。答：（DP型和N型半导体都呈电中性；（2）P型半导体的多子是空穴；N型半导体的多子是电子；（3）当p型半导体与N型半导体连接在一起时，由于PN结中不同区域的载流子分布存在 浓度梯度，P型半导体材料中过剩的空穴通过扩散作用流动至N型半导体材料；同理，N型 半导体材料中过剩的电子通过扩散作用流动至P型半导体材料。电子或空穴离开杂质原子 后，该固定在晶

3、格内的杂质原子被电离，因此在结区周围建立起了一个电场，以阻止电子或 空穴的上述扩散流动，该电场所在的区域及耗尽区或者空间电荷区，故而称为PN结。如图0°0 0 0 0© © ©o©OO oe o O© © © 0 © ®©® ©> ® § © ©*© ©在交界面，由于扩散运动，经过复合，出现空间电荷区。8 . P-N结半导体光生伏特效应的原理。答：在半导体被光照射、产生光传导现象时，如果由光产生的裁流

4、子在不同位置具有不均一 性，或者由于PN结产生了内部载流子的话，就因扩散或者漂移效应而引起电子和空穴密度 分布不平衡，从而产生电力，这一现象称为光生伏特效应(photovoltaic effect).9 .太阳能电池的主要参数是短路电流、开路电压、填充因子和光电转换效率。10 .太阳能电池的寄生电阻是指串联电阻Rs和并联电阻Rsh；(1)串联电阻Rs主要包括半导体内部的体电阻、电极用的金属与半导体表面层之间的接 触电阻、电极用的金属本身的电阻和器件内部及外部线路互相连接的引线接触电阻；(2)并联电阻Rsh主要包括来自非理想的PN结和PN结附近的杂质，会引起PN结部分短 路,特别是太阳能电池的边

5、缘部分漏电现象，会使Rsh值减小。11 .简述制绒的定义、目的、原理、作用以及工艺流程；答：(1)制绒的定义：制绒是利用硅的各向异性腐蚀的特性在表面刻出类似于金字塔(单晶 硅sc-si)或者是蜂窝状(多晶硅mc-si)的结构。(2)目的：为了在硅片上获得绒面结构，利用陷光原理，增加光透性，减少光的反射, 提高ISC；增加光的吸收率，去除损伤层，增加PN结面积(PN结厚，V0C增加，Eg宽)。(3)原理：陷光原理。(4)绒面的作用：减少了太阳光的反射；增加太阳光在硅片内部的有效运动长度, 就是增加了被吸收的机会。(5)工艺流程：即先采用较高浓度的碱(NaoH or KoH)在高温条件下对单晶硅片

6、进行短时间“粗抛” 以去除硅片在线切割过程中形成的切割损伤。漂洗(去离子水、超声波)再用低浓度的碱(NaoHorKoH)和异丙醇(IPA：其作用是降低硅片表面张力，较少 气泡在硅片表面的粘附，是硅片的金字塔更加均匀一致)的混合溶液对(100)晶面的方向的 单晶硅片较长时间的各向异性腐蚀，这样可以在硅片表面形成类“金字塔''状的绒面，有效 地增强了硅片表面对入射光的吸收，从而提高光生电流密度JscoHF清洗HCL清洗12 .简述碱制绒、酸制绒的原理；答：I .碱性制绒原理： 1.适用范围：单晶硅SC-Si； 2.组份：NaoH or KoH； 3.反应式：2NaoH+H2o+Si

7、 =Na2Sio3+2H2or2KoH+H2o+S i=K2Sio3+2H2II.酸性制绒原理： 1.适用范围：多晶硅 2.纽份：HN03 or HF 3.反应式：Si+4HN03=SiO2+4NO2+2H2OSiO2+4HF=SiF4+2H2OSiF4+2HF=H2SiF613.简述表面织构化；答：晶体硅在进行切片时，是硅片表面留下一层10-20um的损伤层，而在太阳电池制备时首 先要利用化学腐蚀去除损伤层，然后制备表面绒面机构，若选择择优化学腐蚀剂就可以在硅 片表面形成倒金字塔结构，称为绒面结构，又称表面织构化。14 . PN结的十一种叫法，分别是电子-空穴结、复合层I区、阻挡层、结电容、

8、高阻区、耗 尽层I区、空间电荷层I区、势垒电场、内I自电场区。15 . Rsh叫内部并联电阻，分流电阻，泄露电阻，旁漏电阻16 .三氯氧磷扩散的原理：P0CL3高温下，分解成PCL5, PCL5进一步分解成P205,并放出 CL2, P205淀积在硅片表面与硅反应生成SI02和磷原子，并在表面形成一层磷硅玻璃，然 后磷原子再向硅中扩散，形成N型。17 .丝网印刷的工艺三步骤：背Ag,背A1,正Ag。18 .磷扩散的工艺：气态磷扩散、固态磷扩散和液态磷扩散等形式。19 .减反射膜的基本原理：利用光在减反射膜上、下表面反射所产生的光程差，使得两束反 射光干涉想消，从而减弱反射，增加透射。20 .减

9、反射层薄膜材料要求：透光性好对光吸收系数良好的耐化学腐蚀性良好 的硅片粘结性良好的导电性能21 .在实际晶体硅太阳电池工艺中，常用的减反射层材料有Ti02、Sn02、Si02、SiNx. ITO （纳米锢锡金属氧化物）和MgF2等，其厚度一般在60ToOnm左右。.22 .常用的减反射膜制备方法：化学气相沉积（CVD）等离子化学气相沉积（PECVD） 喷涂热解溅射蒸发J23 .硅材料的禁带宽度Eg二间接带隙材料错材料的禁带宽度Eg=间接带隙材料磷化钢材料的禁带宽度Eg二直接带隙材料 碑化钱材料的禁带宽度Eg二直接带隙材料 睇化镉材料的禁带宽度Eg二直接带隙材料 硫化镉材料的禁带宽度Eg二直接带

10、隙材料 铜钿钱锡材料的禁带宽度Eg=直接带隙材料 铜钿钱硫材料的禁带宽度Eg;直接带隙材料 24 .硅材料有多种晶体形式，包括单晶硅、多晶硅和非晶硅25 .单晶硅熔炼方法包括区熔单晶硅FZ和直拉单晶硅CZ。26 .单晶硅片的一般制作流程：高纯多晶硅原料熔化一种晶一缩颈一放肩一等径一收尾一圆柱状单晶硅一切断、滚圆、切片、化学清洗一单晶硅 片。27 .迁移率是指数流子在单位电场作用下的平均漂移速度，即载流子在电场作用下运动速度 的量度，运动的越快，迁移率越大；运动得慢，迁移率下。28 .硅共价键的键角是109° 28'29 .各种硅材料的优缺点对比:直拉单晶硅：优点：电池效率高，

11、工艺稳定成熟； 缺点：成本相对较高。薄膜非晶硅：优点：制作成本低缺点：光电转换率低，存在光致衰减行为，稳定性较差。铸造多晶硅优点：成本相对较低，光电转换效率较高缺点：高密度的位错、微缺陷和晶界，影响光电转换效率。薄膜多晶硅：优点：潜在低成本，相对高效率缺点：光电转换效率低32 .高纯多晶硅的制备方法：三氯氢硅氢还原法硅烷热分解法四氯化硅还原法33 .区熔单晶硅的制备过程：首先以高纯多晶硅作为原料，制成棒状，并将多晶硅棒垂直固 定；在多晶硅棒的下端放置具有一定晶向的单晶硅，作为单晶生长的籽晶，其晶向一般为 111或（100）；然后在真空或氮气等惰性气体保护下，利用高频感应线图加热多晶硅棒， 使多

12、晶硅棒的部分区域形成熔区，并依靠落区的表面张力保持多晶硅棒的平衡和晶体生长的 顺利进行。34 .区熔单晶硅中的碳和氧的浓度都低于红外光谱的探测极限，分别为 IX 1016cm”和 5X 1016cm35 .直拉单晶硅的制备工艺一般工作流程：多晶硅的装料一熔化一种晶一缩颈一放肩一收尾37 .单晶硅的电阻率P与掺杂浓度cs的关系式：11P = - =cr cse/38 .大规模集成电路用单晶硅加工工艺流程：切断（割断）一滚圆一磨定位标志一切片一倒 角一研磨一腐蚀一热处理一背面损伤一抛光一清洗一检验-*包装。39 .太阳电池用单晶硅加工工艺流程：切断（割断）一滚圆（切方块）一切片一化学腐蚀 40.线

13、切割的优缺点：）优点：效率高-每次切片250块以上（1台线切割机的产量=35台内圆切割机的产量）；耗材少一线切割的直径只有180 um；切割应力小，切割后表面损伤小。缺点：硅片的平整度差；设备相对昂贵，维修困难42 .腐蚀效果的主要影响因素：腐蚀液的类型腐蚀液的配比腐蚀温度是否搅拌硅片放置的方式43 .直拉单晶硅中杂质有哪些，来源、存在形式以及如何控制，如何解决答：杂质：主要杂质：碳，氧；其他杂质：H、N ；金属杂质:Cu,Co,Ni,Mn,Fe,Mn,Cr,Zn,Ti 来源：0：晶体生长过程中石英干锅的污染：C：多晶硅原料；晶体生长炉内的剩余气体石英培堪与石墨加热件的反应H：是在器件加工过程

14、中引入的，主要用来钝化金属杂质和缺陷。N：是在晶体生长阶段加入的杂质，对控制微缺陷和增加机械强度有益。金属杂质：硅片滚圆、切片、倒角、磨片等制备过程中，直接与金属工具接触；在硅片清洗或湿化学抛光过程中，使用不够的的化学试剂；在工艺过程中，使用不锈钢等金属设备。存在形式：0：氧可以与空位结合，形成微缺陷；氧以团簇形成算团簇，具有电学性能；形成靠沉淀，引入诱生缺陷。B-0复合体。C：间隙态金属杂质：间隙态、替位态、复合体存在。控制：0：采取精细的工艺和外加磁场加以控制。直拉单晶硅中的金属杂质的控制和去除方法：1.减少加工中的污染2.化学腐蚀去除表面金 属；3.吸杂技术：背面吸杂和内吸杂(45 .影

15、响直拉单晶硅中的氧浓度的因素：答：熔硅中的热对流；熔硅与石英卅埸的接触面积；晶体生长时的机械强制对流；SiO自熔硅表面的蒸发；氧与晶体中点缺陷的作用。46 .在熔点附近的晶体硅中，氧的饱和固溶度约为X1018cm3；直拉单晶硅中间隙氧的间隙 范围是(5-20) X1017cm-3范围内.47 .影响单晶硅中氧沉淀形成、结构、分布和状态的因素：初始氧浓度热处理的温度热处理的时间碳、氮及其他杂质原子的浓度、原始晶体硅的生长条件、热处理气氛、次序等。48 .直拉单晶硅在高温形成氧沉淀时有三个阶段：算沉淀少量形成，表现出一个孕育期；氧沉淀快速增加；氧沉淀增加缓慢，接近饱和。49直按单晶硅中0、C的分布

16、情况；答：0：头高尾低；C：头低尾高。53根据氧沉淀的形成情况，热处理的温度一般分为：低温(600-800)热处理中温(850-10509)热处理高温(1100-1250)热处理54.氧沉淀形成热处理温度一般可分为低温、中温和高温三个热处理温度段，分别叙述三个 温度段中氧沉淀形态的主要形态。答：低温（600-800（）：棒状，又称针状或带状；.中温（850-10509）：片状沉淀；高温（1100-1250（）:多面体沉淀。57 .晶体硅中的效率衰减效应主要是由晶体中哪种复合体引起并说明在晶体硅中如何消除 这种复合体产生的衰减效应列举几种避免该复合体产生的新技术新想法。答：L硼氧复合体;2.硼氧

17、复合体的缺陷可以经低温（20（TC左右）热处理予以消除.3.避 免该复合体产生的新技术新想法：利用低氧单晶硅如区熔单晶硅或磁控直拉单晶硅（MCZ）； 利用n型单晶硅；利用钱代替瑞掺杂制备p型单晶硅.58 .简述利用光电导衰减法测量硅的少数载流子的原理。答：无光照射时样品中高频电流：i=Imsinwt（w-高频源角频率）当样品受到光照射时，样品 受光照射时，样品受光激发，产生非平衡载流子，电导率增加，样品的电阻减小59 .引入位错的主要途径答：直拉单晶硅中位错引入的主要途径：在晶体硅生长时，由于籽晶的热冲击，会在晶体中引入原生位错；在晶体滚圆、切片等加工工艺中，由于硅片表面存在机械损伤层，也会引

18、入位错，在随后 的热加工过程中，也可能延伸进入硅片体内；是热应力引入位错，这是由于在硅片的热加工过程中，由于硅片中心部位和边缘温度的不 均匀分布，有可能导致位错的产生。60 .晶体硅中位错对太阳电池的影响主要是哪几个方面答：载流子浓度、少数载流子寿命、载流子的迁移率、p-n结的影响61 .简述硅电池片制作工艺，说明每步的目的，原理，控制因素及提高太阳能电池效率的途 径答：制作工艺：p型硅片-清洗制绒-扩散制结（p-n结）-去周边层-去PSG （磷硅玻璃）-镀 减反射膜-E|J刷电极-高温烧结-检测-分选-入库包装。1 .目的： 清洗制绒：为了在硅片上获得绒面结构，利用陷光原理，增加光透性，减少

19、光的反 射，提高ISC；增加光的吸收率，去除损伤层，增加PX结面积（PN结厚，V0C增加， Eg 宽）。 扩散制结（p-n结）：在P型硅表面，通过扩散P原子构成p-n结。 去周边层：清除扩散制结形成的N型周边层。 去PSG （磷硅玻璃）：清除扩散制结过程表面的PSG层。镀减反射膜：减少电池表面太阳光的反射。刷电极：形成良好的电极接触。高温烧结：干燥硅片上的浆料，燃尽浆料的有机组分，使浆料和硅片形成良好的欧 姆接触。2 .原理：清洗制绒: 碱制绒原理：2NaoH+H2o+S i =Na2S i o3+2H2 or2KoH+H2o+S i=K2S io3+2H2 酸性制绒原理：S i +41N03

20、=S i O2+4NO2+2H2OSiO2+4HF=SiF4+2H2O SiF4+2HF=H2SiF6扩散制结（p-n结）：若氧气充足：5Poe13二P205+3PC15s在有氧气的存在时，P0C13热分解的反应式为：4 P0C13+302=2 P205+C13P2O5+5Si=5SiO2+4P去周边层：等离子体刻蚀的基本原理：1在低压下，反应气体在射频功率的激发下，产生 电离并形成等离子体，等离子体是由带电的电子和离子组成，反应腔体中的气体在电子的撞 击下，除了转变成离子外，还能吸收能量并形成大量的活性基团，其电离反应式一般为：A2 一A+A'+E （A2-电离气体A-化学性质很活泼

21、的自由基A'-为正离子E-电子2自由基和被刻蚀 材料之间的化学反应对材料产生腐蚀作用3反应生成挥发性极强的气体脱离被刻蚀物质表 面，并被真空系统抽出腔体。减反射膜的基本原理：利用光在减反射膜上、下表面反射所产生的光程差，使得两束反 射光干涉想消，从而减弱反射，增加透射。印刷电极：利用丝网图形部分网孔透浆料，非图文部分网孔不透浆料的基本原理进行印刷。 高温烧结：银浆，银铝浆，铝浆印刷过的硅片，经过烘干使有机溶剂完全挥发，膜层收 缩成为固状物紧密物黏附在硅片上，此时金属电极材料层和硅片接触在一起，即烧结。3 .控制因素：清洗制绒：T, V, C, t（Sc-si） T, t（Poly-si

22、）扩散制结（p-n结）：T, C, t去周边层：C去PSG （磷硅玻璃）：T, t.C减反射膜的基本原理：T, t,C,密度印刷电极：T, t高温烧结：T, t4 .提高太阳能电池效率的途径要使太阳能电池的转换效率提高，必须提高开路电压、短路电流、填充因子；* 要获得较高的短路电流Ise,太阳能电池有源材料和太阳能电池结构应在紫外光、可见光 和近红外光的光谱范围上，有较高、较宽和较平坦的光谱响应，内量子效率应接近于1;要获得较高的开路电压,，太阳能电池内部必须正向暗电流I。较低而并联电阻Rsh较高; 要获得较高的填充因子FF,太阳能电池必须正向暗电流I。较低，理想因子“n”接近于1, 串联电阻

23、R,必须较低（1C肝的太阳能电池面积应该使RX1欧），而并联电阻脑必须较高 （10欧.cm?）入射光的有效利用，通过减反射膜减少表面反射，表面材料进行刻蚀，进行光封装；采用聚光系统，增加光的辐照度，即聚光太阳能电池；利用新型的太阳能电池结构光生载流子收集效率的改善，背电场、超晶格的利用；光生成载流子复合损失的减少，光生活性层的膜质改善，结界面的复合抑制；直接电阻（串联电阻）损失的减少，透明电极的低电阻化，集电极的最佳化;电压因子损失的减少。背电场漂移型光电效率的利用。62.简述单晶硅与多晶硅的制作工艺流程，谈谈各自的影响因素与改进措施答：1,单晶硅：多晶硅的装料f端化一种晶缩颈f放肩收尾/ 2

24、 .影响因素：.单晶硅：温度、浓度、时间、位置 多晶硅：温度、浓度、时间、位置3 .改进措施：对于单晶硅而言，采用新型直拉单晶硅的生长技术；对于多晶硅而言，采用 电磁感应冷用堪连续拉晶法。65 .铸造多晶硅的优点与缺点 答：优点：是材料的利用率高、能耗小、制备成本低，而且其晶体生长简便，易于大尺寸生 长。缺点：是含有晶界、高密度的位错、微缺陷和相对较高的杂质浓度，其晶体的质嗫明显低 于单晶硅，从而降低了太阳电池的光电转换效率。66 .铸造多晶硅的主要制备工艺答：浇铸法；直熔法。67 .简述浇铸法的工作原理和基本原理答：工作原理：在制备多晶硅时，首先将多晶硅的原料在预溶出炳内熔化，然后硅熔体逐步

25、 流入到下部的凝固用埸，通过控制凝固用埔的加热设备，使得凝固卅埸的底部温度最低，从 而硅熔体在凝固卅埸底部开始逐渐结晶。结晶时始终控制固液界面的温度梯度，保证固液界 面自底部向上部逐渐平行上升，最终达到所有的熔体结晶。基本原理：在一个培摒内将硅原料溶化，然后浇铸在另一个经过预热的增埸内冷却，通过控 制冷却速率，采用定向凝固技术制备大晶粒的铸造多晶硅。68 .简述直熔法的工作原理和基本原理答：工作原理：硅原材料首先在增摒中熔化，卅埸周围的加热器保持培埔上部温度的同时， 自堵堪的底部开始逐渐降温，从而使用埸底部的熔体首先结晶。同样的，通过保持固液界面 在同一水平面并逐渐上升。使得整个熔体结晶为晶锭

26、。在这种制备方法中，硅原材料的熔化 和结晶都在同一个母埸中进行。基本原理：直接熔融定向凝固法，简称直熔法，又称布里奇曼法，即在培培内直接将多晶 硅溶化，然后通过站埸底部的热交换等方式，使得嫁体冷却，采用定向凝固技术制造多晶硅, 所以，也有人称这种方法为热交换法（Heat Exchange Method, HEM）。69 .铸造多晶硅的原材料是如何选择的答：选用半导体级的高纯多晶硅和微电子工业用单晶硅生产的剩余料（质量相对较差的高纯 硅、单晶硅棒的头尾料、单晶硅生长完成后剩余在石英用烟中的硅底料）为最好。70 .简述直熔法制备铸造多晶硅的具体工艺答：装料一加热一化料f晶体生长一退火一冷却。71

27、.铸造多晶硅中需要解决的主要问题尽量均匀的固液界面温度；尽量小的热应力；尽量大的晶粒；尽可能少的来自于用堪的污染。72在铸造多晶硅中，防止温度梯度的方法铸造多晶硅在生长时，生长系统必须很好的隔热，以便保持熔区温度的均匀性，没有较大 的温度梯度出现。保证在晶体部分凝固、熔体体积减小后，温度没有变化。73.铸造多晶硅中有哪些杂质，杂质的来源、存在形式答：杂质：主要杂质0和C其它杂质N和H金属杂质 Cu、Fe、Cr、Zn、Ag、B、Co 等。来源：0： 一是来自于原材料，因为铸造多晶硅的原料是微电子工业的头尾料、锅底料等， 本身就含有一定量的乳杂质。二是来自于晶体生长过程C： 1.原材料中的C含量可

28、能比较高；2.在晶体制备过程中由于石墨增摒或石墨加热器的蒸 发，使C杂质进入晶体硅中。N：来源于表面涂层Si：NiH：来源于保护气体而成为杂质金属杂质：器件加工过程中，过渡金属存在形式：C：替位态0：间隙杰、氧沉淀、复合体 N：氮对H：复合体、悬挂键74铸造多晶硅中金属杂质的吸杂工艺有磷吸杂和铝吸杂(这两种吸杂都属于外吸杂)；磷吸 杂和铝吸杂的影响因素有温度、时间、间隙、替位态、原生硅片的缺陷密度。75.带硅主要生长技术边缘限制薄膜带硅生长技术(EFG)线牵引带硅生长技术(SRG)枝网带硅工艺(DmG)衬底上的带硅生长技术(RGS)工艺粉末带硅生长技术(SSP)78 .简述多晶硅薄膜，划分；制

29、备途径；常用技术；特点；缺陷杂质多晶硅薄膜：所谓的多晶硅(poly-Si)薄膜材料是指在玻璃、陶瓷、廉价硅等低成本衬底上, 通过化学气相沉积等技术，制备成一定厚度的多晶硅薄膜。划分；晶粒较大，完全由多晶硅颗粒组成；由部分晶化、晶粒细小的多晶硅镶嵌在非晶硅中组成。制备途径：通过化学气相沉积等技术，在一定的衬底材料上直接制备；首先制备非晶硅薄膜，然后通过固相晶化、激光晶化和快速热处理晶化等技术，将非晶硅 薄膜晶化成多晶硅薄膜常用技术：真空蒸发、溅射、电化学沉积、化学气相沉积、液相外延和分子束外延 特点：1.晶粒大小的不一；2.具有晶体硅的基本性质；3.低成本，制备简单，可以大面积制 备缺陷：晶界、

30、位错、点缺陷主要杂质：H （作用1.钝化晶界和位错的悬挂键；2.可以钝化与氧相关的施主杰或其他金属 杂质引入的能级；）其它杂质C、0、金属杂质79 .一步工艺法：是指通过化学气相沉积等技术，在一定的衬底材料上直接制备； 两部工艺法：是指首先制备非晶硅薄膜，然后通过固相晶化、激光晶化和快速热处理晶化等 技术，将非晶硅薄膜晶化成多晶硅薄膜。1、 什么叫光学大气质量大气质量为时，其天顶角为多少答：晴天，决定总入射功率的最重要的参数是光线通过大气层的路程。太阳在头顶正上 方时，路程最短。实际路程和此最短路程之比称为光学大气质量。大气质量为时，其天顶 角为度。2、 太阳电池的光谱响应的意义是什么请简答光

31、谱响应的大小取决于哪两个因素答：太阳电池的光谱响应是指一定量的单色光照到太阳电池上，产生的光生载流子被收集 后形成的光生电流的大小。因此，它不仅取决于光量子的产额，而且取决于收集效率。3、 请简述太阳能光伏发电系统对蓄电池的基本要求。答：蓄电池的功能是储存太阳能电池方阵受光照时发出电能并可随着向负载供电。太阳能 光伏发电系统对蓄电池的基本要求：自放电率低；使用寿命长；深放电能力强； 充电效率高；少维护或免维护；工作温度范围宽；价格低廉。4、 充放电控制器在光伏系统中的作用是什么答：充放电控制器是太阳能独立光伏系统中至关重要的部件，其主要功能是对独立光伏系统 中的储能元件一蓄电池进行充放电控制，

32、以免蓄电池在使用过程中出现过充或过放的现象, 影响蓄电池寿命，从而提高系统的可靠性。5、 请简述太阳能光伏发电系统竣工技术文件包括哪些答：太阳能工程在安装调试完成后，竣工技术文件应包含以下内容：a安装工程量总表 b工程说明C测试记录 d竣工图纸e竣工检验记录f工程量变更单g重大工程事故报告表h巳安装的设备明细表i开工报告j停工和复工通知k验收证书6、 请根据你对光伏系统的了解列举光伏发电系统容量设计的步骤。答：光伏发电系统的容量设计主要包括负载用电量的估算，太阳电池组件数量和蓄电池容 量的计算以及太阳电池组件安装最佳倾角的计算。其设计步骤如下图：列出基本数据确定负载功率一一确定蓄电池容量一一计

33、算日辐射量一决定方阵倾角 估算方阵电流确定最佳电流一决定方阵电压确定方阵功率7、 请用图示方法简述太阳能光伏系统接地电阻的测量方法。答：太阳能光伏发电系统使用接地阻抗计以及接地电极和辅助电极。接地电极与辅助电极 之间的间距为10m左右，并成直线排列。将接地阻抗计的E、P、C端子分别与接地电阻以 及其他辅助电极相连接，测量到的接地电阻可以从接地阻抗计的显示装置读取。1. 独立光伏发电系统由哪些部分组成，各组成部分的主要功能是什么答：独立光伏发电系统主要由太阳电池方阵、储能装置（蓄电池组）、直流-交流逆变装置、 控制设备与连接装置等组成。太阳能光伏发电的最核心的器件是太阳电池。所以太阳电池 方阵主

34、要将太阳能转成电能。蓄电池组的作用是贮存太阳电池方阵受光照时所发出的电能 并能随时向负载供电。逆变器是将直流电转变成交流电的一种设备。系统中的控制设备通 常应具有以下功能： 信号检测 蓄电池的充放电控制 其他设备保护。连接装置是将太 阳能光伏发电系统中的各部分进行电气或机械连接的部件，使之成为一个整体。2. 光伏发电系统工程验收时应注意的事项有哪些，请分别加以阐述。答：太阳能光伏发电系统工程交付用户使用前所必须的一个步骤就是工程验收，验收完各 项参数及技术指标达到系统设计安装时的规范方可投入使用。工程验收时首先核对工程实 际安装的相关设备或材料是否与设计规格提供的设备和材料清单一致，对与设计时

35、不一致 的替代料要进行核实原因，是否确实能达到设计的性能指标。除此这外还应注意：A、太阳电池组件一般有严格的的制程工艺和质量要求，产品在出厂前一般都有严格的质量 检测程序。在进行系统工程验收时要注意太阳电池组件要有相关电气特性标签及出厂前的 IQC检测合格证明，对于系统集成商还需要提供相关太阳电池生产厂商产品代理的资质证 书、产品质量检测报告以及安全标准。B、控制器是控制太阳电池方阵充放电的装置，其是否能正确切断或接通充放电电路对整个 系统的稳定与正常运行有至关重要的作用，光伏系统中控制器一般用来控制蓄电池的充放 电，如果控制器在正常情况下不能准确地控制蓄电池的通断，将会严重损害蓄电池的使用

36、寿命，所以系统测量时控制器的状态测量记录要注意核实是否正常。C、接线箱内的导线直径的大小应根据电气安全标准进行核对，导线的直径一般根据流经导 线的电流大小来决定。导线线径过小有可能不能承受流经线路的电流，导线过大将是系统 的严重浪费。D、注意核实系统装置测量时对逆变器测量的相关参数是否在逆变器生产厂家提供的技术规 格允许范围之内。E、蓄电池一般只在离网太阳能光伏发电系统中使用，对离网发电系统要注意核实系统测量 到的蓄电池相关参数是否达到系统设计要求。F、光伏发电系统一般要求在野外作业，系统应具有防雷的性能要求，要注意是否巳正确安 装防雷器件。G、光伏发电系统验收前工程技术人员一般巳进行系统试运

37、行，在验收时要注意是否具有试 运行过程中运行状态和相关问题的记录。太阳能电池材料期末复习题填空题1 .:2 . 波长为400nm的光的光子的能量是eV。3 .能量单位“电子伏”和“焦耳”的关系是lev=X10f J。4 . 七是摄氏温标，K是开氏温标，0匕相当于273K,那么室温25度用开氏表示为298K。5 .半导体加上外电压时，半导体内部出现两种电流，它们分别是电子电流和空穴电流。6 .掺杂半导体中的少数载流子是本征激发形成的。7 .掺杂半导体中的多数载流子数量与掺杂浓度有关。8 .掺杂浓度增大时，少子的数量减少。9 .半导体一般分为直接能隙半导体和间接能隙半导体，我们使用的Si是一种间接

38、能隙半 导体。10 .（U.半导体中载流子的产生与符合是一个动态的过程，而且从材料表面到内部都有这种过程 存在，其中体符合又分为直接符合和间接符合两类。12 .阳光照射在电池表面时，在表层就被吸收的光是：（A蓝光B红光）13 .整顿的三要素是场所、方法、标识。14 .欧姆定律描述了电路中电压、电流和负载的关系，用公式表示为I=U/R,由此可以知 道，当电源电压一定时，负载电阻越大，电路的电流越小。15 .功率的单位是瓦特。16 .扩散是因为浓度不同而引起的载流子的运动，浓度梯度越大扩散越快；迁移是裁流子在 电场作用下朝特定方向移动；其他条件不变，随着掺杂浓度的提高，扩散和迁移都会变 慢。17

39、.我们在开始制造太阳能电池前都会先测量硅片的电阻率，是因为电阻率可以反应出硅片 的掺杂水平、电子或空穴的迁移率及扩散系数。18 . PN结的内建电场是从N区指向P区。19 . 20 .耗尽层的厚度与掺杂浓度有直接联系，掺杂浓度越大，所形成的耗尽层越薄。21 .在P结两端加反向电压会使耗尽层变宽，器件中只有微小的反向电流通过，器件处于 截止状杰，在PN结两端加正向电压会使耗尽层变窄，器件中有很大电流通过，器件处 于导通状态。22 .写出肖克莱方程（电池暗特性方程）I,. = I0（eqv/kl-l）o其中I。是反向饱和电流。23 .去损过程发生的化学反应方程式是（配平后）：Si + 2 NaOH

40、 + H20 = Na2SiO3 + 2 H2 t24 .沉积氮化硅的过程发生的化学反应方程式是：3SiH4 + 4NH3 = Si3N4 +12 H225 .写出Si02和HF酸发生的化学反应方程式：SiO2+6HF = H2SiF6+2H2026 . PN结电容效应包含了势垒电容和扩散电容，前者是由空间电荷区的离子薄层形成的。27 . P型硅为基体的太阳电池，未导通的情况下，其光生电压的方向是P-N。28 .-以 量子效率QE是真正被收集的载流子数目与绐定能量的入射光子数目的比值。30 .导致收集几率和量子效率降低的共同的机制是复合。31 .在稳定的光照下，太阳电池开路时，电子e “集结”

41、 n边，空穴h ”集结“ p边， 此时电池两极之间的电压便是太阳电池的开路电压丫。32 .电池开路且有稳定光照时，正向结电流h和光电流。大小相等，方向相反。光电流的 方向是np。33 .电池短路且有稳定光照时，光生电流得以全部流出，此时的光电流就是太阳电池的短路 电流Isco34 .电池外接负载时，设光电流为L,正向结电流为h,则流过负载的电流1山=L - IPo35 .有稳定光照时，太阳电池的光电流h是一个常量，而正向结电流If会随着负载的压降变化。36 .开路电压Voc决定于光的吸收、注入、载流子的收集。37 .3H.掺杂浓度过低或过高都不能得到较好的开路电压，一般我们选取电阻率在之间的基

42、片。39 .除了入射光的强度会影响短路电流大小以外，入射光的光谱分布也直接决定了短路电流 的大小。40 .电流密度Jsc是指单位面积上的电流强度。41 .太阳电池特征电阻Rcn=Vmp/Imp=Voc/Isco42 .影响金属电极和硅之间的接触电阻最直接的工艺是烧结工艺。43 .开路电压和短路电流两个参数中对温度比较敏感的是开路电压，温度每升高一度，它会 降低约。1 .半导体太阳能光伏电池工作原理的四个基本过程。答：第一，必须有光照射，可以是单色光，太阳光和模拟光源。第二，光子源注入到半导体内后，产生电子-空穴对，且电子-空穴对具有足够的寿命。第三，利用PN结，将电子-空穴对分离，分别集中于两

43、端。第四，被分离的电子和空穴，经由电极收集，运输到电池体外，形成电流。2 .空间电荷区，内速电场及方向；漂移电流和扩散电流及其方向。答：空间电荷区：扩散结果：n区出现正电荷区，p区出现负电荷区，则交界面的两侧的正, 负电荷区，总称为空间电荷区。内建电场：由于空间电荷区正负电荷相互吸引，形成一个称为势垒电场的内建电场，带 正电荷的n区指向带负电荷的p区。扩散电流：当两种不同型号半导体连接起来，在交界处产生载流子扩散。由n型半导体 与p型半导体交界处两侧不同型号载流子（多数裁流子）浓度差引起的载流子扩散产生的电 流。扩散电流=电子扩散电流+空穴扩散电流。方向p指向n。漂移电流：内建电场的形成对多数

44、载流子扩散运动起阻挡运动的作用。载流子在内建电 场中的运动叫做漂移电流。漂移运动产生的电流叫做漂移电流。漂移电流=空穴漂移电流+ 电子漂移电流。方向与扩散电流方向相反。结两端接触电势及其表达方式；接触电势与电池的开路电压有关，说明影响太阳电池开路 电压的因素。答：接触电势是PN结空间电荷区两端的电势差V。表达式：v0 =ln（；一）q /影响因素：1.与n区和p区中净掾杂浓度有关（Nd.Na）有关，掾杂浓度越大，V0越大 即太阳电池的开路电压Voc越大。2 .与半导体材料种类有关，不同半导体有不同的本征载流子浓度（ni）,在同样掺杂浓度下，其V。不同即Voc不同。3 .温度T有关温度愈高ni愈

45、大，V。愈小，所以随环境温度增高，太阳电 池Voc成指数下降。4 .了解PN结正向电压一电流特性；多子与少子；非平衡少数载流子注入；正向电流(电池 的暗电流)及方向。答：特性：势垒区中的电场减小，由V。变为(Vo-V)；势垒高度减小，由eVO变为e(Vo-V)； 势垒区宽度w减小。出现非平衡裁流子注入：载流子扩散电流大于漂移电流。n区中电子不断扩散到p区， P区中空穴不断扩散到n区，这种注入载流子的，为非平衡少子。正向电流：对PN结施加正向偏压V后，扩散电流大于漂移电流，导致非平衡少子注入 而产生的电流。方向由p指向n。结反向电压一电流特性；反向饱和电流及方向；PN结的电压一电流特性。答：特性

46、：势垒区中的电场减小，由V。变为(Vo+V)；势垒高度减小，由evO变为e (Vo+V)； 势垒区宽度w增大。反向饱和电流：是一个数值很小，且不随反向电压V变化而变化的电流。由n指向p。PN结的电压-电流特性：加上外加电压后，pn结上流过的电流。6 .光伏电池工作原理；光生电流及方向；光生电压及方向；光照后流过负裁的电流；太阳 电池的开珞电压；短路电流；输出功率及最大输出功率；光电转换效率。答：工作原理：利用光激发的少子通过PN结而发电。光生电流及其方向：在内建电场的作用下，P型半导体中的光照产生的电子将流向N型 半导体，而N型半导体中的额空穴将流向P型半导体，形成光生电流Ii0由n指向p。光

47、生电压及其方向：光生电流出现导致光生电场Vph形成。由p指向n,与内建电场方 向相反。光照后流过PN结的电流：光照后，导致载流子扩散产生的电流大于漂移产生的电流， 从而产生净的正向电流IfoIf = /oexp(-,J- - Io) ； Io 是反向饱和电流。kT光照后流过负载的电流：/ = 一 = 一/oexp(世必一/。)kT太阳电池的开路电压：将PN结开路，将负载电阻无穷大，负载上的电流为零，I为零 时的电压为开路电压。Voc = - n( + )； q Io短路电流：负载电阻R,光生电压Vph和光照时流过PN结上的正向电压If均为零时的 电流。Isc = li ；输出功率及其最大输出功

48、率:P = IVph = Vph(Ii-If)Pm = Im*V?n光电转换效率：Pm7 = ； Pin7. 了解按电池结构和材料分类的太阳电池种类。答：按电池结构分：1.同质结光伏电池：相同的半导体材料，含有不同的导电型号杂质，构 成一个或多个PN结。2 .异质结光伏电池：在不同禁带宽度的两种半导体材料组成，接触的界 面组成PN结。3 .肖特基电池：用介质和半导体组成一个肖特基结电池（又称MIS电 池）。4 .薄膜电池：由非导体的基底上淀积一层薄膜半导体材料组成的电池。5 .叠层电池：将两种对光波吸收能力不同的半导体材料叠置在一起构成 的电池，目的是最大限度吸收不同波长的光，提高太阳电池的光

49、电转换效率。按电池材料分：1.硅电池：包括单晶硅，多晶硅，非晶硅（制造成本依次下降，光电转 换效率依次下降）2 .非硅电池：主要有Cds. GalnSe, GalnS.3 .有机电池:有机高分子材料组成的电池。8 .硅晶体电池的基本结构及制造工艺流程。答：硅晶片加工（切片），化学腐蚀，制PN结，铝背场制备，制上下电极，制减反射薄膜。 结构略。9 .绒面结构及作用；单晶硅片和多晶硅片表面制作绒面结构所用的腐蚀剂及提商绒面结构 质量采用的措施。答：绒面结构：100晶向的硅单晶，经腐蚀后表面会形成（在显微镜下看到）像“金字塔”形 状高低不平的表面。作用：减少电池表面的光反射，大大提高对光的吸收率，最

50、大限度提高光电转换效率。 腐蚀剂：单晶硅使用NaOH水溶液或KOH水溶液；多晶硅使用HF混合液。提高绒面结构质量采用的措施：1.在NaOH水溶液中加入少量异丙爵。2.用NaCO3 （K2CO3）或磷酸钠液对单晶硅片进行结构 处理。10 .金属电极作用；对金属电极的要求；金属电极的丝网印刷制作工艺。答：作用：收集电极（少数载流子）收集光生电流，然后引导到负载。要求：1.与硅片形成良好的欧姆接触。2.电极线宽要越细越好。（提高光电转换效率）制作工艺：按设计好的电极图形的模板，用丝网印刷法将导体浆料（用超细银粉与有机溶剂调成浆料），印制在电池表面，然后在适当的温度下烧结，使有机溶液挥发，而金属颗 粒

51、（Ag）与硅片紧紧的粘附，形成（Ag）与硅的合晶。口.铝背电场结构；合金化作用；铝背电场结构的作用，并解释为何会产生这样的作用。答：铝背场结构：在pn结制备完后，在硅片背面淀积一层铝膜，经合金化高温处理后，在 硅片内形成P+层（高浓度p型杂质层），在硅片背侧面产生了内建电场（BSF）o合金化作用：1. AL原子进入硅片内，形成一层高浓度的p+层形成BSF结构。2.使A1膜紧紧的黏在硅片的表面，形成背电极。铝背场结构的作用：1.能提高电池的光电转换效率原因：由于P+层存在，在电池背面形成一个P+/p结，从而产生一个内建电场，由 于这个电场的方向与电池端电压方向相反，阻止了光生电压少数载流子向P+

52、层扩 散，由此减少了少子在背面的复合几率，提高了电子的收集效率，即提高了光生电 流，同时提高了电池的开路电压，提高了光电转换效率。2.可做电池背面的金属电极。12 .减反射减少光反射的原理；减反射层减少光反射的光学条件；并懂得由此条件选择减 反射膜材料及膜厚。（在题中计算题，且用到半导体本征吸收限入。的概念）答：原理：利用光在减反射膜的上下表面反射所产生的光程差，使两束反射光干涉相消，从 而减弱反射，增加透射。条件：/Ju%*/%（1）h*J=12*（2L-1）（2）4d：减反射膜厚，2：光波长，L：正整数题略，看笔记。13 .对减反射膜材料的总体要求；TiOz膜制备工艺，反应方程式。答：要求

53、：能具有良好的减反射效果，还要求透明度好，热膨胀系数少，与硅片粘附性好, 抗辐射，耐腐蚀。（6点）喷涂热（水）解法工艺：利用N2携带含钛酸异丙酯的水蒸气，喷涂到加热的硅片上表 面，发生水解反应。反应：Ti （0C3H7） +2H2O=TiO2+4（C3H7）OH14 .铸造技术为何能提高多晶硅纯度；制备铸造多晶硅的工艺流程；描述直培法工艺；影响 直培法制备柱形多晶硅的因素。答：提纯材料：1.利用定向凝固过程中的杂质分凝现象，使杂质富集在多晶硅锭的两端。2 .在真空中熔化，凝固，原料中杂质在表面挥发。3 .在保护气体或熔体中添加能与杂质反应生成挥发性物质的气体，是杂质 中熔硅分离。直熔法工艺流程

54、：装料-一加热-一熔化-一晶体生长-一退火-一冷却。直培法描述：硅原材料首先在卅埸中熔化，培培周围的加热器保持卅烟上部温度的同时, 自用埔的底部开始逐渐降温，从而使用埔底部的熔体首先结晶，再通过保持固液界面在同一 水平面上并逐渐上升，使得整个熔体结晶为晶锭。采用定向凝固法长晶。影响因素：纯度高，不产生杂质玷污；不与晶体粘连；热膨胀系数小；热导率小；用 埸形状（方形，内壁涂高纯氧化硅/氮化硅）问答题I介绍从硅片开始生产太阳能电池片的工艺过程。答：工艺过程主要有：硅片检测、清洗制绒、扩散制结、去磷硅玻璃、等离子刻蚀、镀减反 射膜、丝网印刷.快速烧结、测试分拣等。（5分）（1）硅片检测硅片是太阳能电

55、池片的载体，硅片质量的好坏直接决定了太阳能电池片转换效率的高 低，因此需要对来料硅片进行检测。该工序主要用来对硅片的一些技术参数进行在线测量， 这些参数主要包括硅片表面不平整度、少子寿命、电阻率、P/N型和微裂纹等。（1分）（2）表面制绒由于硅片的内部结构不同，各向异性的碱液刻蚀主要用于晶向分布均匀的单晶硅，而晶 向杂乱的多晶硅采用各向同性的酸液刻蚀会有更好的构化效果。单晶硅绒面的制备是利用硅的各向异性腐蚀，在每平方厘米硅表面形成几百万个四面方 锥体也即金字塔结构。由于入射光在表面的多次反射和折射，增加了光的吸收，提高了电池 的短路电流和转换效率。硅的各向异性腐蚀液通常用热的碱性溶液，可用的碱

56、有氢氧化钠， 氢氧化钾、氢氧化锂和乙二胺等。大多使用廉价的浓度约为战的氢氧化钠稀溶液来制备绒 面硅，腐蚀温度为70-85。（2。为了获得均匀的绒面，还应在溶液中酌量添加醇类如乙萌和异 丙藩等作为络合剂，以加快硅的腐蚀。制备绒面前，硅片须先进行初步耒面腐蚀，用碱性或 酸性腐蚀液蚀去约2025 um,在腐蚀绒面后，进行一般的化学清洗。经过表面准备的硅片 都不宜在水中久存，以防沾污，应尽快扩散制结。（2分）（3）扩散制结太阳能电池需要一个大面积的PN结以实现光能到电能的转换，而扩散炉即为制造太阳 能电池PN结的专用设备。扩散一般用三氯氧磷液态源作为扩散源。把P型硅片放在管式扩 散炉的石英容器内，在850-900摄氏度高温下使用氮气将三氯氧磷带入石英容器，通过三 氯氧磷和硅片进行反应，得到磷原子。经过一定时间，磷原子从四周进入硅片的表面层，并 且通过硅原子之间的空隙向硅片内部渗透扩散，形成了 N型半导体和P型半导体的交界面， 也就是PN结。（2分）（4）去磷硅玻璃该工艺用于太阳能电池片生产制造过程中，通过化学腐蚀法亦即把硅片放在氢氟酸溶液 中浸泡，使其产生化学反应生成可溶性的络和物六氟硅酸，以去除扩散制结后在硅片表面形 成的一层磷硅玻璃。在扩散过程中，P0CL3与02反应生成P205淀